Потребителей звездой при неоднородной нагрузке

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Исследование электрической трехфазной цепи при соединении звездой активных и реактивных приемников электрической энергии, получение навыков построения по опытным данным топографических и векторных диаграмм напряжений и токов трехфазной цепи при неоднородной нагрузке фаз.

2. ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

Для выполнения лабораторной работы используются следующие приборы и оборудование:

- вольтметры электромагнитной системы с пределом измерений 100 В- 5 шт.;

- амперметры электромагнитной системы с пределом измерений 2А – 4 шт.;

- катушка индуктивности – 1 шт.;

- конденсатор – 1 шт.;

- активное сопротивление – 1 шт.;

- выключатель однополюсный – 2 шт.

3. ВРЕМЯ, ОТВОДИМОЕ НА РАБОТУ

На выполнение данной работы отводится два академических часа.

4. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

От генератора трехфазного тока отходят четыре провода, из которых три линейных А, В, С и один нейтральный(рис.11.1).

Напряжения U _АВ, U _ВС, U _СА, действующие между соответствующими линейными проводами, равные между собой и взаимосдвинутые по фазе на угол , называются линейными, а напряжения U _А, U _В, U _С, действующие между соответствующими линейными и нейтральным проводами, носят название фазных. В общем случае линейные напряжения U _АВ, U _ВС и U _СА связаны с фазными U _А, U _В, U _С следующими векторными уравнениями, составленными на основании второго закона Кирхгофа:

U _AB = U _A – U _B;

U _BC = U _B – U _C;

U _CA = U _C – U _A.

Рис.11.1

Приведенным выше уравнениям соответствует векторная диаграмма, представленная на рис.11.2.

Рис.11.2

Как видно из диаграммы, звезда линейных напряжений смещена относительно звезды фазных напряжений на угол 30^о в сторону опережения.

При симметричных линейных и фазных напряжениях между их величинами существует зависимость

.

Симметричный режим: U _А + U _В + U _С = 0 и I _А + I _В + I _С = 0.

Так как по первому закону Кирхгофа

I _N = I _А + I _В + I _С = 0,

то, следовательно, при симметричной нагрузке необходимость в нейтральном проводе отпадает.

При симметричной нагрузке комплексные сопротивления фаз равны между собой:

Z _А = Z _В = Z _С.

Нагрузка, у которой сопротивления фаз не равны или носят различный характер, является нагрузкой несимметричной или неравномерной. Неоднородная нагрузка, у которой сопротивления отличаются по фазе, даже при равенстве модулей, всегда несимметрична.

В случае неравномерной нагрузки фаз, когда

Z _А ¹ Z _В ¹ Z _{С ,}

нарушается равенство фазных токов I _А, I _В и I _С и в нейтральном проводе появляется ток I _N:

I _N = I _А + I _В + I _С.

На рис.11.3 представлена векторная диаграмма для случая неравномерной нагрузки и графическим способом определен ток в нейтральном проводе по известным фазным токам I _А, I _В и I _С.

При неравномерной нагрузке фаз и наличии нейтрального провода все электроприемники находятся под одинаковым фазным напряжением

U_А = U_В = U_С = U_ф.

Рис.11.3

В случае обрыва нейтрального провода нормальный режим работы установки нарушается.

Фазные токи при прежней неравномерной нагрузке изменяются и устанавливаются такими, чтобы их сумма была равна нулю.

В результате этого происходит искажение симметрии фазных напряжений: фаза с меньшим сопротивлением оказывается под сниженным, а фаза с большим сопротивлением под повышенным напряжением по сравнению с нормальным значением фазного напряжения. Возникает так называемый перекос фаз, между нейтральной точкой генератора и нейтральной точкой потребителя возникает напряжение, которое называется напряжением смещения нейтрали (рис.11.4).

Так как подобные ненормальности при эксплуатации недопустимы, то на целостность нейтрального провода обращают особое внимание. Выключатели, предохранители и прочие устройства, способные вызвать отключение его от нейтральной точки, не должны включаться в нейтральный провод.

При обрыве линейного провода потребители этой фазы остаются без энергии, а потребители двух других фаз продолжают питаться от трехфазной системы. Если при этом есть нейтральный провод, то на них обрыв “чужого” линейного провода практически не сказывается, а при отсутствии его происходит перераспределение напряжений на зажимах обоих электроприемников пропорционально величинам их сопротивлений.

Построение топографической диаграммы по опытным данным производится в следующей последовательности: сначала в масштабе m_U строят треугольник линейных напряжений U _АВ, U _ВС и U _СА методом засечек из вершин этого треугольника А В С радиусами, равными фазным напряжениям U _А, U _В и U _С описывают дуги, пересечение которых определяет нейтральную точку N¢, а затем под углами j_a, j_в и j_с к фазным напряжениям проводят в масштабе m_I токи I _А, I _В и I _С.

5. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

При выполнении лабораторной работы требуется выполнять общие правила по технике безопасности при выполнении лабораторных работ по ТОЭ.

6. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

- Изучить теорию вопроса, обратить внимание на особенности трехфазных цепей при четырехпроводной системе питания неоднородной нагрузки.

- В рабочей тетради подготовить таблицы для записи технических данных измерительных приборов и опытных данных. Начертить электрическую схему опытов.

- Ознакомиться с приборами и оборудованием исследуемой цепи и записать паспортные данные в табл. 1в.

4. Собрать цепь по схеме (рис.11.5). В качестве нагрузки использовать активное сопротивление, катушку индуктивности и конденсатор. Параметры нагрузки задаются преподавателем.

5. После проверки собранной цепи преподавателем подключить ее к питающей сети и провести исследование трехфазной цепи при соединении неоднородной нагрузки звездой:

а) в трехпроводном режиме выключатель SА2 выключен;

б) в четырехпроводном режиме выключатель SА2 включен.

Измеренные токи и напряжения записать в табл. 11.1.

Рис.11.5

Таблица 11.1

№ п/п

Способ соединения

Характер нагрузки

Режим работы

Напряжение (В)

Токи (А)

линейные

фазные

UAB

UBC

UCA

UA

UB

UC

UNN¢

IA

IB

IС

IN

неоднородная

нагрузка 3х фаз

обрыв фазы с емкостью

нагрузка 3х фаз

обрыв фазы с емкостью

6. По данным измерений для всех случаев построить векторные диаграммы. Все диаграммы строятся в масштабе.

7. По построенной топографической диаграмме при наличии нейтрального провода найти графическим способом ток I_N и сравнить его с экспериментально полученным I_N .

8. Выполнить индивидуальное задание № 11. Номер варианта принимается по заданию преподавателя.

11.8. УКАЗАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТА

Отчет должен содержать электрическую схему исследуемой цепи, таблицы приборов и опытных данных, построенные в масштабе топографические диаграммы напряжений, совмещенные с векторными диаграммами токов, и выводы.

К отчету прилагается выполненное индивидуальное задание №11.

11.9. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется соединением звездой и каковы его особенности?

2. Как строится векторная диаграмма для токов и напряжений при соединении звездой?

3. В каком случае отсутствует ток в нейтральном проводе и почему?

4. Какова роль нейтрального провода при четырехпроводной системе питания?

5. Почему в нейтральный провод не ставят предохранитель?

6. Каковы особенности режима работы потребителей, соединенных звездой, при неравномерной нагрузке фаз с нейтральным проводом и без него?

7. Каков режим обрыва фаз и его особенности при соединении потребителей звездой с нейтральным проводом и без него?

8. Каков режим короткого замыкания одной из фаз и его особенности при соединении потребителей звездой с нейтральным проводом и без него?

Дата добавления: 2015-07-08